4. Aminoácidos_V6.pdf

PRINCIPIOS DE BIOQUÍMICA
AMINOÁCIDOS:
Estructura y funciones

Estructura de las proteínas
• Polímeros de aminoácidos (15 % masa celular)
• Aminoácidos Péptidos proteínas
( 51 a.a.)
4. Aminoácidos 3
L – a.a.
D- a.a

CARACTERÍSTICAS GENERALES AMINOÁCIDOS

4. Aminoácidos 8
Los aminoácidos son switteriones
• Los a.a. escasamente presentan este equilibrio:
• comportamiento como switteriones en solución acuosa:
• Switterión: eléctricamente neutro con cargas positiva y negativa en
moléculas diferentes
CO2H
C H
H2N
R
CO2
C H
H3N
R
CO2
C H
H3N
CH3
CO2
C H
H2N
CH3
CO2H
C H
H3N
CH3
H
OH
pH = 7
Alanina
H2O(l) + H2O(l) H3O+
(aq) + OH-
(aq)
switteriones

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE LOS AMINOÁCIDOS
1-Carbono α unido covalentemente a 4 sustituyentes diferentes (excepción glicina)
2-Disposición tetraédrica de los 4 sustituyentes en el espacio
3-Dada la presencia de un carbono quiral (el carbono α), existen enantiómeros D y L
Esqueleto del aminoácido

Isomería de los aminoácidos
• Aparte de la glicina, el C-α de aa esta fijo en forma tetraédrica a cuatro grupos
de átomos diferentes: carbono quiral o asimétrico
• Por (C-α) existen diferentes configuraciones esteroisoméricas (L y D)
4. Aminoácidos 10

Estereoisómeros de aminoácidos (2n)
4. Aminoácidos 11
 Treonina tiene 2 centros quirales  4 estereoisómeros
 L- y D-Treonina
 L- y D-Alotreonina
 Isoleucina tiene 2 centros quirales  4 estereoisómeros

Estereoquímica L y D
4. Aminoácidos 12
Quiral
Glicina No Quiral
Configuración
Fisher

Enantiómeros: dextrógiros vs levógiros (d, l)
4. Aminoácidos 13

Importancia biológica de configuraciones
• En proteínas sólo se
conoce la existencia de
L-aminoácidos
• D-aminoácidos
– no están presentes
en proteínas
– en estado libre y
como componentes
de otras estructuras
(ej. pared celular de
bacterias y varios
antibióticos)
4. Aminoácidos 14
Típicamente tienen actividades biológicas totalmente diferentes
Evolución

EN LAS PROTEÍNAS SOLO SE INCORPORAN
LOS L-AMINOÁCIDOS
LAS ENZIMAS QUE CATALIZAN EL PRIMER PASO EN LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
RECONOCEN ÚNICAMENTE LOS ENANTIÓMEROS L
DICHAS ENZIMAS, DENOMINADAS
AMINOACIL TRANSFERASAS,
SE ENCARGAN DE UNIR LOS
AMINOÁCIDOS CON SUS RESPECTIVOS
ARNs DE TRANSFERENCIA (ARNt)

PERO…ALGUNOS PÉPTIDOS CONTIENEN
D-AMINOÁCIDOS
D-AMINOÁCIDOS EN LA DERMORFINA DE LOS ANFIBIOS (péptidos antibióticos)
D-AMINOÁCIDOS DE LOS PEPTIDOGLICANOS DE LAS PAREDES BACTERIANAS
Tyr-D-Ala-Phe-Gly-Tyr-Pro-Ser
Hepta-péptido de defensa
Efecto tóxico sobre predadores

D- aminoácidos en la pared celular bacterias
• D-aminoácidos
– no están
presentes en
proteínas
– (ej. pared
celular de
bacterias y
varios
antibióticos)
– EVOLUCIÓN
4. Aminoácidos 17
Típicamente tienen actividades biológicas totalmente diferentes
Pentaglicina

Aclaración de conceptos
• L vs D a.a =
• Número de isómeros =
• L y D ≠ l y d
• a.a de las proteínas?
4. Aminoácidos 18

VIDEO AMINOÁCIDOS
4. Aminoácidos 19
https://www.youtube.com/watch?v=TxeEC62iztY

LOS AMINOÁCIDOS SE PUEDEN CLASIFICAR DE
DIFERENTES MANERAS
2- PROTEINGÉNICOS: ESENCIALES Y NO ESENCIALES
1- PROTEINOGÉNICOS Y NO PROTEINOGÉNICOS
3- LOS PROTEINOGÉNICOS A SU VEZ SE CLASIFICAN
SEGÚN LAS PROPIEDADES DE SUS GRUPOS R

1- AMINOÁCIDOS NO PROTEINOGÉNICOS
(Agrobacterium tumefaciens)

1- AMINOÁCIDOS NO PROTEINOGÉNICOS: OPINAS
(Agrobacterium tumefaciens)
-Bacteria Gram-negativa
- Infecta dicotiledoneas
- Provoca tumores de agalla
(crown gall)

1- Aminoácidos proteinogénicos: Nomenclatura
4. Aminoácidos 24

Clasificación de los a.a: Grupos R
Grupo R: cadenas laterales hidrofóbicas
Grupo R: cadenas laterales hidrofílicas (ácidos o básicos) 4. Aminoácidos 25

4. Aminoácidos 26
2- Aminoácidos proteinogénicos:
esenciales y no esenciales
• aminoácidos esenciales ingerir, humano no los puede sintetizar
• Proteínas adecuadas  contienen todos los 9 aminoácidos esenciales
Esenciales en estrés
y enfermedad
No síntesis de-novo
(aspártico)
síntesis organismo

3-PROTEINOGÉNICOS:
GRUPOS R
1- NO POLARES
2- POLARES SIN CARGA NETA
3- POLARES CARGADOS NEGATIVAMENTE
4- POLARES CARGADOS POSITIVAMENTE
HIDROFÓBICOS
HIDROFÍLICOS

Clasificación por grupos R: No polar y Polar
(Grupo 1) No polar (alifático / aromático)
cadenas laterales hidrofóbicas
(Grupo 2) Polar no cargado:
Cadenas laterales hidrofílicas
(OH, SH, NH)
(Grupo 3) polar cargado ácidos
(Grupo 4) polar cargado básicos
grupos R cargados (+) ó (-)
Básico
Ácido

Grupo 1: no polares Alifáticos (pH = 7)
• Prolina (Pro, P)
cíclico
4. Aminoácidos 32
 Glicina (Gly, G)
 Alanina (Ala, A)
 Valina (Val, V)
 Leucina (Leu, L)
 Isoleucina (Ile, I)
 Metionina (Met, M)
Que es un grupo alifático?

Grupo 1: No polares Aromáticos (pH = 7)
4. Aminoácidos 33
 Fenilalanina (Phe, F)
 Tirosina (Tyr, Y)
 Triptófano (Trp, W)
Indol (base débil)
benceno + pirrol
Ionizable
pH muy básico

LOS AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS
ABSORBEN LUZ UV

LA ABSORBANCIA DE LOS AMINOÁCIDOS PERMITE
SU CUANTIFICACIÓN SENCILLA
Luz blanca
Fuente de luz Monocromador Detector Registrador
Absorbancia
Luz monocromática
de intensidad Io
Luz monocromática
de intensidad I
Absorción
de luz
ABSORBANCIA A = Log10 Io/I = ε.C.L LEY DE LAMBERT-BEER
Solución de
muestra

a.a aromáticos: Prueba Xantoprotéica
4. Aminoácidos 36
 Fenilalanina (Phe, F)
 Triptófano (Trp, W)
 Sustitución electrofílica aromática (e- no apareados)
Tirosina (Tyr, Y)

Tirosina (aromáticos): Prueba de Millon
4. Aminoácidos 37
 Complejo:
nitrato de mercurio + Tyr + Millon
Reactivo Millon
(nitrato de mercurio)
condensación

Grupo 1 (no polares):
Prolina (grupos Imínicos)
 Prolina (Pro, P)
 Imino = C=NH + -COOH
 A partir del Glu (no esencial)
 Producción de colágeno
 Reparación músculo y huesos
 Bisagra de las inmunoglubulinas
Iminoácido
Amina 2a

Grupo 1(no polar Sulfurado): Metionina
4. Aminoácidos 41
 Metionina (Met, M) / esencial
 Intermediario síntesis Cys, lecitina
 Carencia produce artioresclerosis
 Codificado por AUG, inicio proteína (ribosomas)
 S-adenosilmetionina (donante de metilos)

Grupo 2 (Polar neutro): Cisteina
1) Condensación de dos radicales sulfhidrilo (–SH) de cisteína para formar un
puente de disulfuro (–S–S–) y un nuevo aminoácido cistina
 plegamiento y enlaces cruzados de cadenas polipeptídicas
4. Aminoácidos 42
dímero
No esencial

Grupo 2: Polares neutros
Ácidos
débiles
4. Aminoácidos 44
 Asparagina (Asn, N)  neutra
 Glutamina (Gln, Q)  neutra
 Grupos –OH, -SH, -OC-NH2 en R
 Glicina???
Glicina

Grupo 2: polares neutros hidroxilados
• Tirosina ácido débil
4. Aminoácidos 46
 Serina (Ser, S)
 Treonina (Thr, T)
Ionización muy difícil
pH ??? (alto o bajo??)

Grupo 3: Polares Ácidos
cargados negativamente (hidrofílicos)
4. Aminoácidos 48
 Ácido Glutámico (Glu, K)
 Ácido Aspártico (Asp, R)
pH = 7

Grupo 4: Polares Básicos
cargados positivamente (hidrofílicos)
4. Aminoácidos 50
 Lisina (Lys, K)
 Arginina (Arg, R)
 Histidina (His, H)
pH = 7
Guanidinio
Imidazol
Imidazol: anillo 5 C

Zwitteriones de a.a: Soluciones ácidas
– Grupo -COO- acepta protones
– El grupo -NH3 se encuentra protonado
– Ejemplo Alanina (pI = 6.0) por debajo de pH = 6, tiene carga 1+
4. Aminoácidos 53

Zwiteriones de a.a.: Soluciones básicas
• A pH básico
– El NH3
+ del zwterión pierde un H+
– El aminoácido tiene carga negativa
– Ejemplo Alanina (pI = 6.0) por encima de pH = 6, tiene carga 1-
4. Aminoácidos 54

Punto Isoeléctrico
• pH en que los switeriones tienen carga total de cero (0)
• El pI de a.a polares neutros va desde pH = 5.1 a 6.3
4. Aminoácidos 55
0
+1 -1
(pI)
pH
(pI)

Cálculo del pI: Glicina
• Ionizaciones de glicina permiten obtener 3 formas distintas del compuesto, cada una
identificada por su carga neta +1, 0, -1
• pI = (pKa1 + pKa2) / 2
 En soluciones muy ácidas (pH~1) solo existe –COOH/NH3
+ (carga +1)
 En soluciones muy alcalinas (pH~11) solo existe –COO-/NH2 (carga -1)
4. Aminoácidos 56
Forma
isoeléctrica
(zwitterion)
Forma
aniónica
Forma
catiónica

Relación entre pH y pI (resumen)
4. Aminoácidos 57
+1 0 -1

LOS AMINOÁCIDOS PUEDEN COMPORTARSE
COMO AMORTIGUADORES
ZONA DE
AMORTIGUACIÓN
ZONA DE
AMORTIGUACIÓN

Puntos Isoeléctricos
4. Aminoácidos 59

Cálculo del pI: Glicina
4. Aminoácidos 60
pH = 2.34
pH = 9.60
COO- NH3
+ Neto
0 +1 +1
-1 +1 0
-1 0 -1

Curva de titulación de a.a. ácidos (glutámico)
• La curva de titulación de aminoácidos ácidos o básicos debe tener una
meseta adicional de amortiguamiento
• pI de un aminoácido trifuncional se promedian los valores de pKa de las
ionizaciones para obtener carga neta 0
4. Aminoácidos 62
Ácido glutámico

Curva de titulación de la a.a básico: Histidina
4. Aminoácidos 63
pI básico

Puntos Isoeléctricos
4. Aminoácidos 64

Ejercicios: Calculo de pI
– Aspártico
• Tirosina
4. Aminoácidos 66
Datos: pKa
(carboxilo α) = 2.20 ; pKa
(amino α) = 9.21 ; pKa
(R) = 10.46
Promedio pKa en estado switerion (carga neta = 0) Dónde esta
el switerion?

Ejercicios: Calculo de Pi (Tirosina)
4. Aminoácidos 67
pKa
(carboxilo α) = 2.20
pKa
(amino α) = 9.21
pKa
(R) = 10.46
COO- NH3
+ OH Neto
pH = 2.20
pH = 9.20
pH = 10.46

Ejercicios: Calculo de Pi (Glutámico)
4. Aminoácidos 68
pKa
(carboxilo α) = 2.19
pKa
(R) = 4.25
pKa
(amino α) = 9.67
COO- COO- NH3
+ Neto
pH = 2.19
pH = 9.67
pH = 4.25

Proporción de especies de a.a en solución
• En cualquier otro punto de la curva diferente a pI, la carga neta de los aminoácidos
depende de las concentraciones relativas de las dos sustancias en equilibrio
• Esta carga neta a otro pH se evalúa mediante la ecuación de Henderson-
Hasselbalch
4. Aminoácidos 74
[A-]
[HA]

Proporción de glicina a diferentes pHs
¿Carga neta Glicina a
pH = 3.0?
¿Carga neta Glicina a
pH = 5,97?

4. Aminoácidos 76
pH = 2.34
pH = 9.60
COO- NH3
+ Neto
0 +1 +1
-1 +1 0
-1 0 -1
Proporción de especies de Glicina pH = 3.0
3.0 = 2.34 + log Gly(+/-) / Gly(+)
4.57 =Gly(+/-) / Gly(+)

Porcentaje de Especies predominantes (pH = 3.0)
100 = Gly(+/-) + Gly(+)
4.57 =Gly(+/-) / Gly(+)

4. Aminoácidos 78
Cálculo de la concentración de especies
¿Concentración de las
principales especies en
una disolución 0,2M de
glicina a pH = 3.0?

Concentración especies de Glicina
¿Concentración de las principales
especies en una disolución 0,2M
de glicina a pH = 3.0?
3.0 = 2.34 + log (Gly(+/-) / Gly(+))
0.66 = 10 log (Gly(+/-) / Gly(+))
4.57 = Gly(+/-) / Gly(+) ; 0.2 = Gly(+/-) + Gly(+)

4. Aminoácidos 80
Cálculo de proporción especies a cualquier pH:
Ácido glutámico (ejercicio en clase)
¿Cuáles son las especies
predominantes del glutamato a
pH 6,96?

¿Porcentaje especies
predominantes de Hys a pH 7,5?
Cálculo carga neta (Taller 2)

LOS AMINOÁCIDOS PUEDEN SER MODIFICADOS…
CUANDO SE ENCUENTRAN
AISLADOS
EN LAS PROTEÍNAS
Por ejemplo
PRE-
TRADUCCIONAL
POST-
TRADUCCIONAL
Tirosina Triptófano
Histidina
Cisteína
Pirrolisina
Selenocisteína
Hidroxiprolina
Hidroxilisina
Carboxiglutamato
A nivel
Por ejemplo Por ejemplo
Glutamato

AISLADOS
Como por ejemplo
CISTEÍNA
Puede generar
Allicina
Efecto anti-microbiano y anticancerígeno

AISLADOS
Como por ejemplo
HISTIDINA
Puede generar
Histamina
Respuesta alérgica, vasodilatador

AISLADOS
Como por ejemplo
TRIPTÓFANO
Puede generar
SEROTONINA
Neurotransmisor
Estado de ánimo
vs depresión

AISLADOS
Como por ejemplo
TIROSINA
Puede generar
DOPA, DOPAMINA,
NOREPINEFRINA Y EPINEFRINA
T3 y T4
DOPAMINA
Neurotransmisores
Centro del placer
Repetir conductas
Dopamina
vs
Serotonina

AISLADOS
Como por ejemplo
GLUTAMATO
Puede generar
GABA
Neurotransmisor
Inhibidor del sistema
nervioso central

EN LAS PROTEÍNAS
POST-
TRADUCCIONAL
Hidroxiprolina
Hidroxilisina
Carboxiglutamato
A nivel
Por ejemplo

Aminoácidos: modificados postraduccional
4. Aminoácidos 93
 Hidroxiprolina, Hidroxilisina y Tiroxina
 Producidos por modificación transduccional de proteínas
Tiroxina
Presentes en colágeno
Modificación de Tyr en tiroglobulina
Se convierte en tiroxina
(hormona de la tiroides)

CAPACIDAD AUMENTADA PARA UNIR CATIONES COMO EL CALCIO
Presente en las proteínas de la coagulación protrombina y profactores IX y X
PLAQUETAS TIENEN MEMBRANAS CARGADAS NEGATIVAMENTE
EN LAS PROTEÍNAS
A nivel post-traduccional
CARBOXIGLUTAMATO
Necesario para
COAGULACIÓN

Fosforilación de aminoácidos (frecuente)
2) Fosforilación de los aminoácidos que contienen –OH para formar
O-fosfoserina, O-fosfotreonina, O- fosfotirosina
 permite regular la actividad de proteínas
REGULADORES TRANSCRIPCIONALES
4. Aminoácidos 95

Electroforesis
4. Aminoácidos 96
- Muestra se aplica en los pozos soporte sólido
- Se aplica un campo eléctrico y los aminoácidos migran en dirección
contraria a su carga al respectivo pH
- A mayor carga, mayor movilidad
- Aminoácidos en su pI no se mueven

Análisis de a.a. mediante electroforesis
4. Aminoácidos 97
Separación de lys, Asp y Val mediante corriente eléctrica (pH = 7.4)

Reacción de a.a. con Ninhidrina
4. Aminoácidos 98
RCHCO
-
O OH
O
O
OH
NH3
+
N
O
O O
O
-
O
RCH CO2 H3 O
+
An -amino
acid
Purple-colored anion
+ +
2
+
Ninhydrin
+

Calculo de carga neta (porcentaje de las formas) de
un aminoácido en cualquier valor de pH
1) Dibujar, en la parte inferior de una línea recta, una escala en que aparezcan los
valores de carga neta de +2 a -2, con incrementos equidistantes que representen
½ unidad de carga
2) Anotar los valores de pH en la parte superior de la línea:
a. Calcular valor de pI y asignarlo a la sustancia que posee carga 0
b. Para el aminoácido en cuestión, asignar valores de pH a la sustancia
cargada de modo fraccional con base en los valores de pKa
3) Anotar otros valores de pH correspondientes a la sustancia cargada por completo:
a. Para calcular pH de sustancias en el extremo de la escala, restar al primer
pKa una unidad de pH y sumar la misma magnitud de pH al ultimo pKa
b. Si la sustancia totalmente cargada está flanqueada por dos pKa, el pH en
el cual esa sustancia existe es el punto medio entre ambos valores de pKa
(valido para aminoácidos ácidos y básicos)
4) Usando las escalas correlacionadas de pH y de carga, calcular la carga neta del
aminoácido a pH X (o los porcentajes de las diferentes formas del aminoácido –
se usa ecuación de Henderson Hasselbalch).
4. Aminoácidos 101

Propiedades iónicas de los
aminoácidos neutros
• Según el pH, los grupos funcionales α-carboxilo y α-amino de un
aminoácido existen como una de las siguientes combinaciones
interconvertibles:
–COOH –COO– –COO–
–NH3
+ –NH3
+ –NH2
• La sustancia totalmente protonada -COOH/-NH3
+ es un ácido de
Brönsted diprótico, por eso hay 2 ionizaciones con diferentes pKa
• Para la mayoría de aminoácidos
– pKa1 (–COOH) tiene un valor próximo a 2 (entre 1,8 y 2,5)
– pKa2 (–NH3
+) tiene un valor próximo a 9-10 (entre 8,7 y 10,7)
4. Aminoácidos 102



Ionización grupos R: polar o apolar
• El grupo R puede ionizarse o no originando aminoácido neutro,
básico o ácido
– Si no se ioniza: es neutro y no presenta carga
– Si sí se ioniza:
1) es ácido cuando funciona como un ácido de Brönsted para formar
grupo R con carga negativa
2) es básico cuando funciona como una base de Brönsted para
formar grupo R con carga positiva
4. Aminoácidos 103
 Neutros: glicina, alanina, valina, leucina,
isoleucina, serina, treonina, metionina, prolina,
triptófano, glutamina, asparagina, fenilalanina
 Ácidos: aspartato, glutamato (fuertes), cisteína,
tirosina (débiles)
 Básicos: lisina, arginina (fuertes), histidina (débil)

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